Inventos ingeniosos – El airbag

En la serie Inventos ingeniosos recorremos objetos de la vida cotidiana en los que no solemos pensar a menudo. Tratamos de mostrar cómo a veces olvidamos las cosas que tenemos delante, considerando interesante sólo el aprender sobre complicadas teorías o descubrimientos: muy a menudo existen cosas realmente curiosas delante de nuestros ojos, aunque algunas de ellas –como el invento de hoy– funcionan tan deprisa que es imposible verlas actuar sin ayuda.

En la entrega de hoy hablaremos sobre una que es realmente sencilla en su concepto básico, pero que –como veremos– tuvo que sortear problemas de todo tipo para llevarse a la práctica: el airbag. ¿Piensas (erróneamente) que un airbag se infla con aire comprimido? ¿Sabías que, si tu coche tiene airbag, llevas un detonador delante de los morros, o que inicialmente se probaron con jaulas de canarios? ¿Sabes por qué es peligroso sentar niños pequeños en el asiento delantero con el airbag activado? Recorramos juntos la historia de esta ingeniosa invención.

Como digo, la idea básica es de sentido común: incluso llevando un cinturón de seguridad, una buena parte de las heridas (y las muertes) en los accidentes de tráfico se debían a impactos de los ocupantes del coche contra el volante y el salpicadero. ¿Qué mejor solución que interponer algún tipo de objeto mullido entre la cabeza de los ocupantes y el duro plástico? Ah, pero la cosa no es tan sencilla, lo que explica en parte lo relativamente reciente de esta ingeniosa invención.

La otra explicación es simplemente que, aunque nos parezca extraño ahora, lo que se consideran medidas de seguridad absolutamente básicas hoy en día no lo eran antes. Recuerdo, de niño, viajar en coche hacia la piscina: un Ford Fiesta con cinco o seis niños en los asiento de atrás. ¿Airbags?¡Qué risa! Ni siquiera tenía cinturones en los asientos traseros, y los niños a veces íbamos sentados unos sobre otros mientras el coche viajaba por la autopista.

Hoy en día padres y autoridades probablemente pondrían el grito en el cielo ante algo así, pero entonces todos lo aceptábamos como lo más normal – y estoy hablando de una época en la que ya existían los airbags, aunque yo no hubiera oído hablar de ellos. Sin embargo, hoy la mera posibilidad de comprar un coche sin 6 airbags, ESP, ABS y al menos otros cinco sistemas de seguridad activa y pasiva con siglas bien sonoras nos deja consternados.

Pero no olvidemos la primera razón que he mencionado: inventar un airbag eficaz es bastante más difícil de lo que parece, cuando te paras a pensar en los detalles. Existen varios problemas, y el primero de ellos es lo rápido que debe actuar para evitar que tu cabeza impacte contra el salpicadero o el volante: en un total de unos 60-90 milisegundos es necesario decidir si hace falta inflar el dispositivo o no, y además conseguir hacerlo físicamente antes de que la cabeza de los ocupantes del vehículo impacte contra nada.

De hecho, las primeras patentes de airbags resolvían el problema de una manera algo tramposa: manteniendo el dispositivo inflado todo el tiempo. Estas patentes datan de 1920 y son de dos estadounidenses (A. H. Parrot y H. Round), pero no se referían a sistemas de seguridad en automóviles sino en aviones – su propósito era proteger a los pasajeros en el caso de un accidente mediante globos inflados permanentemente.

Haría falta esperar hasta 1953 para que llegase la primera patente destinada a la industria automovilística, pero los primeros intentos, aunque ingeniosos (haciendo honor al nombre de la serie) no tenían posibilidades realistas de llevarse a la práctica. El primero en proponer un airbagpara coche fue el estadounidense John W. Hetrick: en 1952 se había visto envuelto en un accidente de tráfico que estuvo a punto de costarle la vida, y decidió diseñar un sistema para proteger a los ocupantes de un vehículo que funcionase mejor que los cinturones de seguridad. Sí, al principio la idea de muchos no era aumentar la seguridad del cinturón sino sustituirlo (en parte porque mucha gente, especialmente en los EE.UU., se resistía a usar el cinturón). Hoy en día la cosa es bien distinta, y el airbag es una medida adicional al cinturón, no un sustituto.

El sistema de Hetrick era relativamente sencillo: en primer lugar, una bombona con un gas comprimido (nitrógeno, por ejemplo) se instalaba bajo el capó. Dentro del volante, en la guantera y el salpicadero había globos inflables –inicialmente desinflados y plegados, claro– conectados a la bombona. Lo mismo sucedía en la parte trasera de los asientos delanteros, para proteger a los ocupantes de los asientos traseros. Finalmente, el primitivo sensor que activaba todo el sistema era una masa deslizante: cuando el coche chocaba contra algo, este peso se deslizaba hasta abrir la espita de la bombona, que liberaba el gas contenido en su interior, inflando los globos.

El mismo año, el alemán Walter Linderer registró una patente muy similar a la de Hetrick, salvo que en su caso el sistema podía ser activado, además de automáticamente durante un choque, manualmente por parte del conductor. Tanto la patente de Hetrick como la de Linderer eran ideas inspiradas, pero tenían el mismo problema: tardaban mucho más tiempo en inflar los globos del que los ocupantes tardaban en golpearse contra el salpicadero y el volante. Puesto que sus diseños eran muy parecidos, las razones de esto eran las mismas para ambos.

En primer lugar, ambos empleaban sistemas mecánicos para funcionar: un peso que se mueve, una válvula que se abre… Estos procesos pueden realizarse rápidamente, pero no lo suficiente. En segundo lugar, el propio sistema de inflado hacía imposible que los globos se llenasen a tiempo de recibir el impacto de la cabeza de los pasajeros del vehículo: un gas comprimido se expande al abrir la válvula, pero demasiado lentamente. Hacía falta que la tecnología avanzase lo suficiente como para llevar a cabo las ideas de estos dos pioneros de una manera realista, y sus patentes nunca llegaron a llevarse a producción.

Desde luego, a estas alturas las empresas constructoras de automóviles empezaron a mostrar interés por el asunto y desarrollaron sistemas más y más rápidos de forma independiente, basándose en los conceptos iniciales de Linderer y Hetrick. No está demasiado claro (al menos, yo no he conseguido encontrar una respuesta segura) quién logró qué antes que quién, pero las dos marcas que realizaron los desarrollos más importantes fueron General Motors en Estados Unidos y Mercedes-Benz en Alemania a finales de los años 60.

Ambas empresas, además de otras, tenían buenas razones para concentrarse en este asunto: aparte ya de las ideas iniciales de Linderer y Hetrick, existía una motivación “extra”. La administración estadounidense estaba presionando para que se añadiesen medidas de protección a los automóviles, y el mercado americano era enorme para ambas marcas. De hecho, en un momento dado se dijo que sería obligatorio tener medidas activas y automáticas de protección de los ocupantes en todos los coches antes de 1969. Desde luego, pronto se hizo evidente que iba a ser imposible que nadie cumpliera ese plazo y se postergó la obligatoriedad varias veces, hasta que se hizo firme en los años 90. En otros países del mundo la legislación varía: en algunos son obligatorios y en otros no.

Los ingenieros pusieron manos a la obra tratando de acelerar el proceso de detección de choques e inflado. Tanto Mercedes-Benz como General Motors resolvieron uno de los dos problemas de las patentes primitivas: hacía falta una velocidad enorme de inflado de los globos, mucho más rápida que la expansión del gas comprimido… una velocidad explosiva. La solución era, naturalmente, utilizar explosivos.

Los ingenieros empezaron utilizando nitroglicerina y nitrocelulosa con estabilizantes, pero pronto se pasaron a combustibles sólidos, que producían una reacción aún más rápida. El más utilizado durante bastante tiempo fue el trinitruro de sodio (NaN3) junto con un oxidante como el nitrato cálcico (Ca(NO3)2). Se introducían los dos en un recipiente cerrado junto con un detonador. Cuando el detonador sometía los compuestos químicos a una chispa eléctrica (hoy en día se calienta el conductor hasta que se produce la ignición del combustible), ambos se combinaban en una reacción de combustión extraordinariamente violenta – muy parecida a la que propulsa a un cohete. Como resultado de esta explosión se liberaba un enorme volumen de nitrógeno gaseoso (N2). No hacía falta más que poner la boca del globo contra el recipiente que contenía los explosivos, y éste se inflaba muy rápido, en unos 30 milisegundos, ¡suficientemente rápido como para que el sistema pudiera funcionar!

Aquí tienes un vídeo del inflado de un airbag a cámara lenta, para que puedas ver algo: vídeo en youtube (no puedo mostrarlo aquí mismo porque han desactivado esa opción en este vídeo).

Como puedes imaginar, los problemas prácticos de todo esto eran enormes. Para empezar, cuando los gobiernos empezaron a escuchar todo esto de “explosivo sólido”, “combustible de cohetes”, “detonador”… se pusieron algo nerviosos. Los ingenieros de las empresas automovilísticas tuvieron que realizar (francamente, con toda la razón) cursillos para manejar material pirotécnico, puesto que aquello no era ningún juego de niños. De hecho, aún se regula bastante estrictamente la fabricación y desguace de airbags, pues los reactivos permanecen activos muchos años y hace falta deshacerse de ellos de manera controlada.

Pero además de los problemas burocráticos se produjo lo que, en mi opinión, es la constante en el desarrollo del airbag: la aparición de pequeños problemas en los que no hubieras caído en principio, pero que hacía falta solucionar uno tras otro. Por ejemplo, la violencia de la explosión era tal que en muchos casos el airbag no sólo se inflaba, sino que salía disparado cual proyectil, o reventaba (hoy en día son de nylon, una opción muy ligera y resistente, y la base está anclada firmemente). Además, estaba el problema del ruido: lo que infla el globo es una explosión que se produce, literalmente, delante de los morros del conductor o el acompañante, y el nivel de sonoridad supera con creces el umbral del dolor – entre 165 y 175 dB.

Para comprobar los efectos del ruido, los ingenieros de Mercedes-Benz probaron el sistema utilizando jaulas de canarios. Al final resultó que el estallido, aunque muy potente, es de una duración tan corta que raramente produce daños en el oído ni de canarios ni de humanos (en algún caso si ha habido problemas de oído tras el estampido), pero esto te da una idea de los detalles que tuvieron que ir solventando poco a poco.

La violencia necesaria de la explosión (pues si no no daba tiempo a inflar el globo) tenía otras consecuencias: mientras se infla el airbag, sus paredes se expanden a una velocidad pasmosa (más de 300 km/h). Si tu cabeza, que se mueve hacia él a gran velocidad, se topa con el airbag mientras se hincha, moviéndose hacia ti muy rápido, los daños pueden ser considerables. Hacía falta regular el tiempo de inflado de modo que fuera absolutamente seguro que, para cuando te dabas el golpe contra él, la bolsa ya estuviera perfectamente hinchada.

Otro problema se encontraba en los combustibles y oxidantes empleados. Por ejemplo, el NaN3 es una sustancia muy venenosa. Además, cuando se producía la reacción química de la explosión, no sólo se producía nitrógeno (que no es peligroso), sino cierta cantidad de hidróxido de sodio (NaOH), que sí lo es. Aunque la cantidad no era grande, tanto el NaN3 como el NaOH hacían de todo el asunto algo aún más preocupante. A veces el hidróxido sódico producía irritaciones en los ojos o la garganta de los ocupantes, que ya tenían bastante con el susto del choque como para encima ser sometidos a sustancias tóxicas.

Con el tiempo se han ido utilizando cosas menos peligrosas como combustibles ricos en nitrógeno, como los triazoles (C2H3N3) y los tetrazoles (CH2N4). Si tienes un coche antiguo que aún utiliza el trinitruro de sodio es posible que suelte algo de NaOH al funcionar, pero esto simplemente puede irritarte los ojos y la garganta; no hay peligro de que te intoxiques seriamente. Por cierto, si ves que aparece un polvillo blanco por todas partes, trata de no gritar “¡Trinitruro de sodio, trinitruro de sodio, estamos condenados, aaargh!”. Aparte de las miradas que puedes provocar si lo haces, ese polvo que ves no es NaN3 sino almidón o simplemente talco, y se cubre la superficie de la bolsa con él para que se deslice bien al abrirse y no haya demasiada fricción.

Finalmente, en lo que al inflado se refiere existía otro problema: cuando se probaron los airbagsinflados, el golpe de la cabeza de los muñecos de prueba contra el globo era tan violento que hubiera podido herir seriamente a un hombre. La solución era, por supuesto, poner agujeros en la bolsa – de ese modo se desinflaba rápidamente, más aún cuando recibía el impacto de la cabeza, de manera que absorbía la energía cinética de manera razonablemente suave hasta detener la cabeza del pasajero. En el vídeo a cámara lenta de arriba puedes ver los agujeros, y en ambos se observa la rapidez del desinflado.

De hecho, si alguna vez se te ha disparado el airbag, todo sucede tan deprisa que probablemente ni lo hayas visto completamente inflado – desde luego, el tiempo completo desde que el coche impacta hasta que tu cabeza es detenida por el airbag es, como he dicho antes, bastante inferior al tiempo de reacción de una persona. Para cuando te das cuenta de lo que ha pasado, el estampido y el inflado y el desinflado ya se han producido en un abrir y cerrar de ojos.

Naturalmente, a la par que se desarrollaban los sistemas de inflado para ser más y más rápidos, hacía falta hacer lo mismo con sensores capaces de identificar la situación en la que hacía falta inflar el airbag y hacerlo muy rápidamente. Los primeros sistemas mecánicos eran demasiado lentos, y se empezaron a mejorar poco a poco: en un principio se emplearon rodamientos de muy baja fricción, los rolamites, pero en los años 90 se pasó a sistemas microelectromecánicos (MEMS). Estos dispositivos combinan una parte mecánica de tamaño minúsculo que actúa de acelerómetro con otra electrónica: disponen de un pequeño condensador que, al ser sometido a aceleración, modifica su capacidad, de modo que el circuito electrónico nota el cambio y, si la aceleración de frenado es suficientemente grande, activa el sistema de inflado.

Hoy en día, desde luego, la cosa es bastante más complicada que al principio. En los coches con ordenador de a bordo, los sensores de aceleración no “deciden” nada directamente. Se utilizan algoritmos –que, por cierto, las marcas protegen como oro en paño– para determinar si hace falta inflar los airbags, cuáles inflar, cómo hacerlo, etc. Analizan la velocidad, la aceleración de frenado, si se va a producir un vuelco o no, si hay alguien sentado en el asiento del pasajero, si es un niño o no dependiendo del peso, etc., todo en unos 10-20 milisegundos. Desde luego, si tienes un coche antiguo la cosa es bastante más simple, pero es sorprendente lo mucho que está avanzando el asunto en cuanto al software se refiere.

El primer coche en venderse con airbag opcional fue el Mercedes Clase S W126 en 1981, aunque pronto el airbag de este modelo se convirtió en equipamiento de serie, y el airbag fue ganando en popularidad hasta convertirse prácticamente en un requisito para cualquier modelo que se preciase de seguro.

Sin embargo, incluso después de solventar todos los problemas que se presentaron para desarrollarlos, existían otros inevitables: los airbags, incluso cuando lograban inflarse a tiempo y cuando hacían falta, eran a veces peligrosos. Esto no debe resultar sorprendente: se está produciendo una explosión delante de tus narices. Si, por ejemplo, el conductor no usa el cinturón de seguridad, es posible que impacte contra el airbag demasiado pronto, mientras se está inflando, lo cual es peligroso. Lo mismo sucede si no se mantiene una distancia razonable con el volante o el salpicadero (al menos 25 cm): al inflarse puede golpear la parte del cuerpo que esté demasiado cerca.

Esta es una de las razones por las que es peligroso utilizar sillitas de niño en el asiento delantero de un coche: la silla pone al niño demasiado cerca del salpicadero, y si el airbag se infla lo golpea a gran velocidad. Un niño no debe sentarse en ese asiento delantero hasta que tenga el tamaño suficiente como para utilizar el cinturón como un adulto, pues ambas medidas de protección (el cinturón y el airbag) están diseñadas para personas adultas. En la actualidad la mayor parte de los coches permiten desactivar el airbag del pasajero para casos así.

Afortunadamente, los avances desde entonces no han dejado de producirse uno tras otro. Como he dicho antes, los sistemas de decisión son capaces de determinar en un santiamén cómo inflar los airbags, lo cual ha reducido los riesgos en gran medida. Además, hoy en día no se consideran un sustituto del cinturón, sino que actúan juntos. De hecho, si alguna vez te has dado un golpe en el que haya saltado el airbag, habrás notado probablemente el tirón del cinturón de seguridad. En los coches modernos se utiliza una explosión similar a la que infla el airbag para empujar un pistón que tensa el cinturón de seguridad muy firmemente para sujetarte mejor – todo esto ha hecho que los airbags no tengan que inflarse tanto como al principio, lo que los hace menos peligrosos.

También ha ido aumentando, con el tiempo, el número de airbags en los coches: el del pasajero no tardó mucho en llegar, y a él se fueron uniendo muchos otros, como los laterales de puerta como el de la foto de abajo o los de cortina. Algunos de éstos sólo se inflan cuando se va a producir un vuelco, y a diferencia de los frontales pueden mantenerse inflados para proteger a los ocupantes durante el tiempo suficiente si se producen vueltas de campana.

La primera motocicleta en incluir un airbag fue, como no podía ser de otra manera, la Honda Goldwing –que, por otro lado, es lo más parecido a un coche en moto–, aunque es probable que en el futuro los airbags de moto formen parte del mono del motorista y de hecho ya hay modelos experimentales de este tipo, como el que saldrá al mercado en teoría en 2010 de Dainese:

No hay duda de que en un futuro cercano tendremos sistemas aún mejores. Por ejemplo, algunos fabricantes están probando ya mismo sensores que empiezan a inflar los airbags antes de que se produzca el impacto, utilizando radar en los parachoques; otra mejora posible es instalar airbagsen la parte de fuera del coche, especialmente en los coches altos como los todoterrenos, de modo que protejan a los peatones en caso de atropello.

De modo que tal vez dentro de unos años nos riamos al recordar los coches de ahora: ¿seis airbags? ¿sin RPURGS y EREFII? ¡jajaja, cómo nos atreveríamos a montarnos en esos cacharros!

__________
Créditos: Pedro Gómez-Esteban González. (2009). El Tamiz. Recuperado de: https://eltamiz.com/